专利名称：一种能将热能百分之百转化为动能的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种将低温低压蒸汽压缩，而后由过热蒸汽膨胀做功的装置，与空调制冷系统原理部分相似。
背景技术：
空调制冷系统一是要靠耗用电能(外部动能)由压缩机做功来吸热并排热，达到制冷目的；二是所排热能没有利用，当废热给排放了。
发明内容
本发明的目的是把空调所排废热利用起来，将其转化为动能并且转化的动能量大于压缩机需要动能量近一倍，即“出功大于需功”，该装置的能量来源是蒸发器外工作环境温度大于5℃(即不结霜)空气以及水等，即是说，是将低温热源转化为高温热源，然后对外做功而无需耗用电能(外部动能)的装置。
实现该装置不断运行的是由两组系统构成，一组是制热部分，即相似空调制冷系统原理，将由蒸发器来的低温低压蒸汽经压缩机压缩，并经换热器放热，蒸汽冷凝为液体，另一组是吸热区，由压缩机及汽轮机构成，是将热能转化为动能的部分；两组一端管道相通，一端由换热器相连，中间一端将制热区冷凝的部分液体输入到另一端的低压管道中，以达到循环目的。
本发明的最大优点是能利用低温热源来实现对外做功而无需外部动能(电能)，当然，工作环境温度低于5℃就不适宜了(或者说，其效率会大大降低)。
附图是本发明的原理示意图本发明所揭示的装置由A区和B区相连组成，A区为制热区，由蒸发器(1)、压缩机(2)、热交换器(3)和管道(5)构成；B区为吸热并对外作功区，由热交换器(3)、汽轮机(4)、压缩机(2’)和管道(5)构成。A区和B区由管道(5)和热交换器(3)相连。
具体实施例方式
本发明的工作原理是A区压缩机消耗能量将蒸发器(1)吸收外界而来的低温低压的湿蒸汽压缩为高温高压的干饱和蒸汽(或过热度不高的过热蒸汽)，经换热器(3)放热冷凝为液体，冷凝的热量在不考虑热量损失的情况下全部传递和辐射给B区的吸热器，即B区完全地吸收了冷凝热。B区是一套相对独立的循环系统，在压缩机(2’)高压端是次高温高压(即比A区的高温高压低)的干饱和蒸汽，在吸收A区的高温冷凝热后，温度上升，热量增加，变为过热蒸汽，经汽轮机膨胀作功(输出)，就降为低温低压的湿蒸汽(此低温低压指数与A区的低温低压指数相同)。湿蒸汽的一小部分输入A区低压端管道，而大部分回到B区低压端管道，与A区换热器冷凝后的部分液体组成湿蒸汽，经压缩机(2’)又压缩为次高温高压的干饱和蒸汽，完成一个循环。需要指出的是，过热蒸汽经汽轮机膨胀输出的功中小部分为过热度对应热量所作的功，即为B区吸收A区热量所作的功，而剩余的大部分功为干饱和蒸汽膨胀所作的功，在不考虑损耗的情况下，干饱和蒸汽绝热膨胀作功与压缩机(2)绝热压缩所需功应相同，即B区压缩循环无需外部能量。
简单地说A区冷凝热是“附着”在B区系统不断循环中转化为动能输出的。
下面着重指出A区压缩机需要的能量为什么小于冷凝热转化为动能后的能量。
以水(工质)为例1千克水蒸汽(处于湿蒸汽状态)从0.1bar、45℃的低温低压状态下经绝热压缩为1bar、140℃的过热蒸汽(过热度应不高)所需压缩功为356千焦，而其冷凝热为2756千焦减去417千焦等于2339千焦。这2339千焦的冷凝热中应包含其压缩功356千焦。而417千焦的热量是1千克冷凝水在100℃、1bar时的含热量。
又来计算B区，B区的水蒸汽在压缩机高压端时设定为干饱和蒸汽，未对其加热时，干饱和蒸汽经汽轮机的膨胀功应等于其低压端湿蒸汽压缩功，理论上自身能不断循环，即既不耗用外部能量，亦不对外做功。
当B区高压端的干饱和蒸汽(温度压力低于100℃、1bar，而大于45℃、0.1bar，蒸汽的质量根据管道容量来考虑)因温差吸收了A区的冷凝热后(不一定一次吸收完，因管道容量所限，只有靠不断循环来实现)干饱和蒸汽变为过热蒸汽。以1千克水蒸汽为例，查水蒸汽表，可计算出过热蒸汽中过热度所对应热量所作膨胀功的转化率为25％以上(具有普遍规律性)，即A区冷凝热2339千焦乘上25％等于585千焦，再减去A区压缩机需功356千焦，最后等于229千焦，即为系统(1千克水蒸汽)一次循环对外所作的功。
最后，需补充的细节，一是B区的过热蒸汽中过热度对应热量有25％以上已转化为膨胀功，余下“75％的热量”同原干饱和蒸汽一起膨胀为低温低压(0.1bar、45℃，即与A区低温低压端相同的工作环境)的湿蒸汽，那么该“75％的热量”对应的湿蒸汽经管道输送到A区的低压端管道中，与A区蒸发器吸收外界来的热量，再加上压缩机的压缩功，重新组成100％(即与上次循环相同)的冷凝热，又开始下一次循环。即是说，蒸发器吸收外界来的热量(如以1千克蒸汽为例，356千焦/2339千焦＝15％，229千焦/2339千焦＝10％)约占总冷凝热的10％，被百分之百地转化为动能了。
第二个细节是由于“75％的热量”对应的湿蒸汽被输送到了A区，那么B区的湿蒸汽的质量就相应不够。这时应将A区冷凝水质量的75％输入到B区低压端进行补充还原，组成湿蒸汽，余下的A区冷凝水则回到A区低压端，重新经蒸发器来吸收外界热量。
至此，该装置功能描述完毕。
权利要求
1.一种将低温低压蒸气压缩，而后由过热蒸汽膨胀做功的装置，由压缩机、蒸发器、换热器、汽轮机及管道构成，其特征在于该装置分别由制热区和受热并作功区相连组成，A区为制热区，将蒸发器来的低温低压蒸汽压缩后冷凝，部分冷凝水回到蒸发器，达到一个循环；B区为吸热并作功区，压缩机高压端的干饱和蒸汽吸收了A区的冷凝热成为过热蒸汽，过热蒸汽经汽轮机膨胀作功后成为低温低压的湿蒸汽，小部分湿蒸汽进入A区压缩机低压缩，而大部分湿蒸汽连同A区换热器中来的剩余冷凝水共同组成B区低压端湿蒸汽，完成B区的一个循环。
2.根据权利要求1所述的循环作功的装置，其特征在于A区蒸发器外工作环境较低适宜吸收低温热源；A区高温高压蒸汽冷凝的温度要大于B区高压端的蒸汽温度，以形成温差。
3.根据权利要求2所述的循环装置，其特征在于B区低温低压端与A区低温低压端工作环境指数相同并且管道是相通的；A区的冷凝水小部分经管道回到A区低压端，大部分则流向B区低压端。
4.根据权利要求3所述的循环作功装置，其特征在于B区的干饱和蒸汽吸热后成为过热蒸汽，根据水蒸汽表计算，在同一压力下温度不同的过热蒸汽膨胀为同压力下的湿蒸汽后，其不同过热度对应热量膨胀作功的转化率均为25％以上。
5.根据权利要求4所述的循环作功装置，其特征在于B区的循环是为A区冷凝热转化为功服务的，未吸收冷凝热的原循环既不需要外功，亦不对外作功。
全文摘要
一种将低温低压蒸汽压缩，而后由过热蒸汽膨胀做功的装置，该装置由压缩机、蒸发器、换热器、汽轮机及管道构成。分别由两个功能区来实施该装置的运行，一个功能区是制热区，将低温热源吸收后，经压缩机压缩为高温高压蒸汽，并在换热器中冷凝放热；另一个功能区为吸热后作功区，将换热器中的冷凝热吸收后原干饱和蒸汽成为过热蒸汽，经汽轮机膨胀作功，其中过热蒸汽中过热度对应热量所作功要大于制热区的压缩功，因而该装置能利用低温热源对外作功。
文档编号F01K17/06GK1629452SQ03103068
公开日2005年6月22日 申请日期2003年1月21日 优先权日2003年1月21日
发明者袁平 申请人:袁平